(57)【要約】ＬＥＤ照明器具用の測光試験システムである。このシステムは光検出パネルを使用して光を検出して測定する。光検出パネルに低反射率及び低透過率の光吸収体層を配置することにより、吸収体でもある検出面が達成される。この吸収体は、被試験装置（ＤＵＴ）からの入射光からの反射及び光検出パネルから反射した光を低減する。この目的のためにピンホールアレイを都合よく使用することができる。これにより、システムの測定面積を本質的にＤＵＴの放出面積以下にすることができる。吸収体層と光検出パネルとの間に配置された拡散体はシステムの精度を高める。シミュレーション及び実験結果はこのシステムが４．３％の不確定で全光束を測定できることを示す。実証されたシステムは２π形状で使用されている。システムは、全光束、色パラメータ（ＣＣＴ、ＣＲＩ、色度など）及びフリッカを測定する。
2019523422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光源の全光束を測定するシステムであって、
前記発光源からの光を受光するように適合された１つ以上の壁を含む測定容積を含み、前記壁の少なくとも１つの少なくとも実質的な部分が、
受光面を有する光検出層であって、前記受光面に当たる光の測定に対応する信号を発するように適合された前記光検出層と、
前記光検出層の受光面に近接して配置され、前記発光源によって放出された光の波長について、それを通る前記波長の透過よりも実質的に大きく、それからの前記波長の反射よりも実質的に大きい吸収を有する光吸収層とを含み、
前記光吸収層の前記吸収のレベルは、そこに入射する前記発光源からの光の大部分と、前記光検出層から反射された光からそこに入射する光の大部分とを吸収するように構成されたシステム。
【請求項２】
前記光吸収層は、前記光吸収層を通る前記波長の透過よりも大きい、前記発光源によって放出された光の波長についての吸収を有する請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記光吸収層からの前記反射が６％より小さい請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記光吸収層からの前記反射が３％より小さい請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項５】
前記光検出層と前記光吸収層との間に配置された光拡散層をさらに含む請求項１から３のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】
前記光吸収層は、それを通る光に対して拡散特性を有する請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記光吸収層は、そこを通って前記光検出層への前記光の透過を提供する複数のピンホールを除いて、本質的に不透明である請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記ピンホールの密度及びサイズは、前記発光源によって放出された光の前記吸収層による吸収が、そこを通る前記光の透過よりも実質的に大きくなるようなものである請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記複数のピンホールは、前記発光源からの光の空間的にサンプリングされた部分に前記光検出層へのアクセスを提供するように構成された請求項７又は８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ピンホールに対向して前記光検出層の受光面に近接して配置された可変密度フィルタをさらに含み、前記可変密度フィルタを通る光の減衰が前記ピンホールへの前記光の入射の角度に依存するようにされた請求項７から９のいずれかに記載のシステム。
【請求項１１】
前記ピンホールのアレイを含む前記光吸収層が、前記光検出層に直接に適用される、（ｉ）スクリーン印刷、（ｉｉ）デジタル印刷、又は（ｉｉｉ）ピンホールの印刷パターンを有するステッカーを使用して適用される請求項７から９のいずれかに記載のシステム。
【請求項１２】
前記光吸収層は、均一な透過を有する請求項１から６のいずれかに記載のシステム。
【請求項１３】
前記光検出層の受光面に近接して配置された前記吸収層は、別個の材料の層である請求項１から１０のいずれかに記載のシステム。
【請求項１４】
前記光吸収層は、
（ｉ）拡散黒インクの均一な厚さ、
（ｉｉ）テクスチャを有する表面、
（ｉｉｉ）、前記光吸収層に埋め込まれた粒子
の少なくとも１つを含み、前記光吸収層がそれを通る前記光を拡散させるようにする請求項６に記載のシステム。
【請求項１５】
前記光吸収層は、黒色つや消し塗料を含む請求項１から７のいずれかに記載のシステム。
【請求項１６】
前記光吸収層の吸収のレベルは、前記光吸収層が前記発光源から入射した光の９４％超、及び前記光検出層から反射された光からそこに入射した光の前記光吸収層の９４％超を吸収するものである請求項１から１５のいずれかに記載のシステム。
【請求項１７】
前記光検出層は、少なくとも１つの太陽電池パネルからなる請求項１から１６のいずれかに記載のシステム。
【請求項１８】
少なくとも１つの太陽電池パネルは、薄いポリマー層に堆積された可撓性太陽電池パネルである請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記測定容積は透明プレートを含む前記壁の少なくとも１つの少なくとの実質的な部分を有する閉じた長方形の箱であり、前記発光源は前記透明プレートに搭載されているか又前記透明プレートから吊り下げられている請求項１から１８のいずれかに記載のシステム。
【請求項２０】
前記発光源からの光を受光するように適合された前記壁の少なくとも１つに光を反射するように構成された前記測定容積の少なくとも１つの壁にミラーをさらに備えた請求項１から１９のいずれかに記載のシステム。
【請求項２１】
光センサをさらに含み、前記光センサはフリッカ測定モジュールに入力する信号を提供する請求項１から２０のいずれかに記載のシステム。
【請求項２２】
ファイバ光センサをさらに含み、前記ファイバ光センサはそこに入射する光を分光計に送るように構成された請求項１から２１のいずれか記載のシステム。
【請求項２３】
前記分光計は、前記発光源から放出された光のスペクトル特性に関する情報を提供する請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記ファイバ光センサは、前記ファイバ光センサが前記測定容積内から少なくとも２つの点で光を集めるように多分岐型である請求項２２又は２３に記載のシステム。
【請求項２５】
統合された温度センサをさらに含む請求項１から２４のいずれかに記載のシステム。
【請求項２６】
発光源の全光束を測定するシステムであって、
前記発光源からの光を受光するように適合された１つ以上の壁を含む測定容積を含み、前記壁の少なくとも１つの少なくとも実質的な部分が、
開口のアレイを有する光吸収層と、
受光面を有する複数のフォトダイオードであって、前記フォトダイオードの少なくともいくつかはそれらが前記開口を通る光を測定する前記開口に対して配置され、前記フォトダイオードの少なくともいくつかはその光受光面に近接する拡散体を含む複数のフォトダイオードとを含むシステム。
【請求項２７】
前記光吸収層の吸収のレベルは、前記発光源からそこに入射する光の大部分を吸収するようなものである請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記開口のアレイの密度及び前記開口のサイズは、前記発光源によって放出された光の前記光吸収層による吸収がそれを通る前記光の透過よりも実質的に大きいようなものである請求項２６又は２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記光吸収層は、スクリーン印刷又はデジタル印刷である請求項２６から２８のいずれかに記載のシステム。
【請求項３０】
前記光吸収層は、黒つや消し塗料を含む請求項２６から２９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３１】
前記光吸収層の吸収のレベルは、前記光吸収層が前記発光源からそこに入射する光の９４％超を吸収するようなものである請求項２６から３０のいずれかに記載のシステム。
【請求項３２】
前記光吸収層は、前記発光源によって放出される光の波長に対する吸収を有し、それは前記光吸収層を通る前記波長の透過よりも大きい請求項２６から３１のいずれかに記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光源の光束特性を測定するための測光試験システムの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
積分球は、全光束、分光放射束、及び光源の色を測定するための標準的な器具である。積分球の基本的な特性は、球形の形状と反射を最大にするための内部の白色拡散コーティングである。許容可能な測定精度を達成するために、積分球は被試験装置（ＤＵＴ）の少なくとも３倍大きいことが必要である。数インチから数フィートの範囲のＬＥＤ照明器具などのＬＥＤ照明製品のサイズでは、必要とされる積分球の直径は６〜１０フィート（２〜３メートル）に達することがよくある。また、球内における反射や球からＤＵＴへの反射が多いため、自己吸収と呼ばれる測定に対するＤＵＴの吸収の影響が顕著であり、較正されなければならない。この較正は、ＤＵＴごとに別々に実行しなければならず、ＤＵＴのサイズ、種類、及び反射率に依存する。
【０００３】
球体を統合するのではなく、試験対象デバイス（ＤＵＴ）に面する壁に光検出太陽電池パネルを有する箱型構造であるいくつかの先行技術の測光試験システムがある。Ｉ−Ｓ．Ｔｓｅｎｇらに対する「発光装置を試験するためのシステム及び方法」と題する米国特許第７８０４５８９号においては、動くキャリアユニットを使用して、同じ目的のためのシステムに関連した発光装置をバッチ式に試験するための方法が記載されている。Ｈ−Ｔ．Ｃｈｅｎｇらに対する「全光束測定システム及び全光束測定方法」と題する米国特許第８７７３６５５号においては、発光構成部品の全光束を測定するための全光束測定システム及びその方法が記載されている。しかしながら、そのようなシステムにおける太陽電池パネルの反射率の軽微でないレベルのために、ＤＵＴから離れ、測定に影響を及ぼす太陽電池パネルに戻る軽微でないレベルの反射も存在する。したがって、積分球と同様に、このようなシステムはＤＵＴの各種類について異なる方法で較正する必要がある。このレベルの太陽電池パネルの反射率及び再較正の絶え間ない要求は、そのようなシステムの精度及び効率の両方を低下させる。
【０００４】
したがって、先行技術のシステム及び方法の欠点の少なくともいくつかを克服するような、より小型で効率的かつ正確な測光試験システムが求められている。
【０００５】
この節及び明細書の他の節で言及されている各刊行物の開示は、その全体が参照により明細書に組み込まれる。
【発明の概要】
【０００６】
本願は、発光源の分光放射束及び全光束を測定するための新しい例示的なシステムを記載している。そのようなシステムは、光検出パネルから、また被試験装置（ＤＵＴ）からの入射光のゼロでない反射から生じる自己吸収効果について絶対的に較正してもよい。その結果、そのようなシステムは、複数のサイズ及び種類のＤＵＴに適し、先行技術のシステムよりも測定の効率及び精度を向上させている。また、そのようなシステムは、ＤＵＴよりも大きい必要はなく、球形の形状は求められず、システムによって提供される測定はＤＵＴの形状によって又はＤＵＴから放出された光の入射角によって影響されない。
【０００７】
そのような例示的なシステムは、発光源（ＤＵＴ）からの光を受光するように適合された１つ以上の壁を有する囲いを含んでもよい。囲いの壁は、少なくともそれらの領域の大部分にわたって光吸収層、拡散層、及び光検出層を有している。光吸収層は、発光源に最も近い層であり、発光源からそこに入射する光の大部分を吸収する低伝導及び低反射層である。一実施形態によれば、光吸収層は、この光吸収層を通る光束の透過をもたらし、最終的に光検出層に達するように、複数のピンホールを有している。光検出層は、発光源からこの部分の光を受光し、その受光面に当たる光の測定に対応する信号を発する。拡散層は、光吸収層と光検出層との間に配置され、光吸収層のピンホールを通して光を受光する。次に拡散層は、拡散層に入射する光の角度が信号に、したがって光検出器によってもたらさせる測定に影響を与えないように、各ピンホールから受光する光を所定の角度分布で光検出層に拡散させる。
【０００８】
光吸収層は、（ｉ）発光源から入射した、及び（ｉｉ）光検出層から反射した光から入射した光の大部分を吸収する。この方法は、囲いの内側、及び囲いとＤＵＴとの間の反射が本質的に排除される。したがって、測定の精度を損なわないように、囲いの壁から、及び光検出層から囲いの内部及びＤＵＴに向かって反射される光は、最小限である。光吸収層によってどのくらいの量の光が吸収されるかはよい精度で知られ、発光源からの光の圧倒的な大部分は、吸収層によって吸収されるか（大部分の光）、又は光検出器によって測定される（小部分の光）ため、発光源から放射された光のほとんどすべては、入射光の測定及び光束密度の計算において考慮される。この配置は、ＤＵＴからの光の大部分が光吸収層で吸収され、典型的に測定されるＤＵＴから利用可能な照明のレベルに対して、光検出層の高レベルの感度によって可能になっている。このことによって、光吸収層による減衰後に光検出層に当たる少量の光を高いレベルの精度で検出して測定することが可能になる。このことは、常に正確に予測又は測定することができず、光の一部が測定から「失われる」複数の反射を有する先行技術のシステムとは対照的である。本明細書で開示するシステムの上述の光吸収方法は、意図的に多重反射を使用することはないが、有意なレベルの太陽電池パネルの反射率を有する先行技術のシステム、例えば、光が太陽電池パネルから離れてＤＵＴに向かい、又は囲いから出て、したがって測定の精度の妨げとなる先行技術のシステムを上回る利益も提供する。
【０００９】
ピンホールを有する吸収層を有することに代わるものとして、ＤＵＴへの非常に低い反射を維持しながら、小さい割合の入射光を光検出器に伝導するという光学特性を有し、その領域の全体にわたって吸収する無孔層を使用することが可能である。したがって、そのような層は、ピンホールアレイと同じように作用し、ＤＵＴから囲いの容積に戻る反射を制限し、光検出層から囲いの容積及びＤＵＴの容積に向かって戻る反射を制限する。
【００１０】
代わりの実施形態として、装置は、吸収層の開口内に配置されたフォトダイオードを含んでもよい。ＤＵＴからの光の大部分は吸収層によって吸収されるので、反射によって測定の精度を妨げることがあり得るような、測定面からＤＵＴに向かって戻るように反射される光はほとんどない。フォトダイオードによって収集された空間的にサンプリングされた光の一部は、角度依存効果が軽減されるように、各フォトダイオードの光入射面に配置された拡散要素を通る。
【００１１】
この開示のそのような例示的なシステムは、分光計とフリッカセンサとをさらに含んでいる。分光計は、ＣＣＴ（相関色温度）、ＣＲＩ（演色評価数）、及び色度などの分光放射束及び色品質パラメータを決定するために使用される測定を提供する。
【００１２】
したがって、この開示に記載された装置の例示的な実施形態によれば、発光源の全光束を測定するためのシステムであって、
測定容積であって、発光源からの光を受光するように適合された１つ以上の壁を含み、少なくとも１つの壁の少なくとも実質的な部分は、
（ａ）受光面を有する光検出層であって、光検出層は前記受光面に当たる光の測定に対応する信号を発するように適合されたものと、
（ｂ）光検出層の受光面に近接して配置された光吸収層であって、それを通る波長の伝導よりも実質的に大きい、発光源によって放出された光の波長に対する吸収を有し、光吸収層の吸収レベルは、そこに入射する発光源からの光の大部分、及び光検出層から反射された光からそこに入射する光の大部分を吸収するように構成されたものとを含んでいる。
【００１３】
そのようなシステムにおいて、光吸収層は、光吸収層を通る波長の伝導よりも大きいような発光源によって放出された光の波長についての吸収を有するべきである。また、そのようなシステムの一実施形態によれば、光吸収層からの反射は、６％より小さくてもよく、又は３％より小さくてもよい。
【００１４】
そのようなシステムのなおさらなる実施形態は、光検出層と光吸収層との間に配置された光拡散層を含んでもよい。そのようなシステムのいずれにおいても、光吸収層はそれを通る光に対して拡散特性を有してもよい。そのような場合、光吸収層は、光吸収層がそれを通る光を拡散させるように、
（ｉ）均一な厚さの拡散性黒色インク、
（ｉｉ）テクスチャを有する表面、
（ｉｉｉ）光吸収層に埋め込まれた散乱粒子
の少なくとも１つを含んでもよい。
【００１５】
別の実施形態によれば、光吸収層は、それを通る光検出層への光の伝導をもたらす複数のピンホールを除いて、本質的に不透明であってもよい。そのような場合、ピンホールの密度及びサイズは、発光源によって放出された光の吸収層による吸収が、それを通る光の伝導よりも実質的に大きくなるようなものである。ピンホールを組み込んだ任意の実施形態において、複数のピンホールは、発光源からの光検出層への光の空間的にサンプリングされた部分のアクセスをもたらすように構成されてもよい。このようなピンホール吸収層は、可変密度フィルタを通る光の減衰がピンホールへの入射光の入射角に依存するように、ピンホールとは反対側の光検出層の受光面に近接して配置された可変密度フィルタをさらに含んでもよい。これらの場合のいずれにおいても、ピンホールアレイを含む光吸収層は、ピンホールの印刷パターンを有し、光検出層に直接適用される（ｉ）スクリーン印刷、（ｉｉ）デジタル印刷、又は（ｉｉｉ）ステッカーを使用して適用してもよい。
【００１６】
そのようなシステムのさらに他の実施形態によれば、ピンホールを使用する実施形態の代替として、光吸収層は均一な透過率を有してもよい。また、任意の光吸収層は、材料の別個の層であってもよい。代わりに、光吸収層は、黒色つや消しインクを含んでもよい。
【００１７】
さらに他の実施形態は、光吸収層の吸収のレベルが、光吸収層が発光源からそこに入射する光の９４％超、光検出層から反射されてそこに入射する光の９４％超を吸収するようなシステムを含んでもよい。
【００１８】
上述のシステムのいずれにおいても、光検出層は、薄いポリマー層に堆積された剛性パネル又は可撓性太陽電池パネルとすることができる少なくとも１つの太陽電池パネルを含んでもよい。
【００１９】
測定容積の異なる実施形態は、透明プレートを含む少なくとも１つの壁の少なくとも実質的な部分を有する閉じた長方形の箱と、透明プレートに搭載された、又は透明プレートから吊り下げられた発光源と、又は発光源からの光を受光するように適合された壁の少なくとも１つに光を反射するように構成された測定容積の少なくとも１つの壁のミラーとを含んでもよい。
【００２０】
そのようなシステムのさらに他の実施形態は、光センサを含んでもよく、光センサは、フリッカ測定モジュールに入力するための信号を提供する。また、そのようなシステムは、ファイバ光センサをさらに含んでもよく、ファイバ光センサは、そこに入射する光を分光計に送るように構成されている。そのような分光計は、発光源から放出された光のスペクトル特性に関する情報を提供してもよい。ファイバ光センサは、測定容積内から少なくとも２つの点で光を集めるように多分岐型であってもよい。このシステムはまた、統合された温度センサを含んでもよい。
【００２１】
さらに他の例示的な実施形態は、発光源の全光束を測定するためのシステムを含み、発光源からの光を受光するように適合された１つ以上の壁を含む測定容積を含み、壁の少なくとも１つの少なくとも実質的な部分は、
（ａ）開口のアレイを有する光吸収層と、
（ｂ）受光面を有する複数のフォトダイオードであって、少なくともいくつかのフォトダイオードは、開口を通る光を測定する開口に対して配置され、少なくともいくつかのフォトダイオードは、その受光面に近接して拡散体を含むものと
を含む。
【００２２】
そのようなシステムでは、光吸収層の吸収のレベルは、発光源からそこに入射する光の大部分を吸収するようなものであってもよい。これらのシステムのいずれにおいても、開口部のアレイの密度及び開口部のサイズは、発光源によって放出された光の光吸収層による吸収が、それを通る光の伝導よりも実質的に大きくなるようなものである。光吸収層は、スクリーン印刷でもデジタル印刷でもよく、あるいは代わりに黒色つや消し塗料を含んでもよい。すべてのそのような場合において、光吸収層の吸収のレベルは、光吸収層が発光源からその上に入射する光の９４％を超えて吸収するようなものであってもよい。いずれにせよ、光吸収層は、光吸収層を通るそれらの波長の伝導よりも大きい、発光源によって放出された光の波長についての吸収を有するべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
本発明は、図面と併せて、以下の詳細な説明からより完全に理解され評価されるであろう。
【図１】例示的な測光試験システムの概略図を示す。
【図２】例示的な測光試験システムの囲いの壁を出入りする光線の例示的な経路の詳細を示す図である。
【図３】吸収プレートがフォトダイオードのアレイを使用することによって実現され得る本開示の代替の実施形態を示す図である。
【図４】拡散層を含む場合と含まない場合について、光検出層への入射角と、光検出層の正規化された応答との関係を示すグラフである。
【図５】測定精度に対する正規化された応答の影響を分析する例示的なシミュレーションを示している。
【図６】可変密度フィルタを使用する本開示の代替の実施形態の概略図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
最初に図１を参照すると、それは本開示による、発光装置によって放出された光束を測定するための例示的なシステムの概略図である。この実施形態の囲いは長方形の箱１として示され、その内側部と底は光検出層５で裏打ちされている。例えばＬＥＤ照明器具である発光源２は、光検出層５による吸収のために箱１の中に照明３を放出するように、箱１の頂部の上方に配置されている。新規な配置において、システム６の壁は、光検出層５、拡散層２０、及び光吸収層４を含み、それらの機能は以下にさらに詳細に説明される。この例示的なシステムにおいて、囲い１の５つすべての壁６が、光検出層５、吸収層４、及び拡散層２０を有するが、代替の実施形態では、壁のうちのいくつかのみにそのような層が存在する。
【００２５】
光検出層５は、光を検出し、それを測定可能な電気信号に変換するための光検出器、フォトダイオード又は太陽電池からなってもよい。検出面に到達した光の強度と生成された電気信号の強度との間の関係は、応答性とも呼ばれ、任意の所与の波長の光について知られている。太陽電池パネルの応答性の均一性は高い。例えば、白色、赤色、緑色、及び青色のＬＥＤで照明されたとき、これらのＬＥＤの種類のすべてに対する太陽電池パネルの光電流の均一性は、一般に±０．３％より良いものでもよい。このシステムは、開口の上方に配置され、囲いの壁に面する発光源によって２π配置で使用され、したがって、システムは、発光源から２πステラジアンの立体角に放出された光を測定する。
【００２６】
システムは、測定動作の様々な態様を自動化するためのソフトウェアプログラムを組み込んだマイクロプロセッサを一般に含むコントローラ（図には示されていない）を有してもよい。
【００２７】
図１及び図２は、囲い１の光検出壁の構造が先行技術の囲いの構造とどのように異なるかを示している。図１に示すように、囲い１の各壁６は、光検出層５、拡散層２０、及び光吸収層４を含んでいる。この新規な配置では、吸収層４及び拡散層２０は光検出層５の吸収面の前に配置され、吸収層４は、照明３の小部分が光検出層５を通ることを可能にするが、入射した照明の大部分を吸収するように、ピンホール９のアレイを組み込んでいる。
【００２８】
発光源２は、光線３を箱６の壁に向かって投射する。光吸収層４は、囲いの最内層であるように示され、発光源２からの光３を受光する第１の層である。光吸収層４は、その表面の大部分が吸収性であるように、不透明で高吸収の黒色つや消し塗料で塗装してもよい。黒色つや消し塗料の低い反射レベルのために、発光源２によって放射された光のわずかな割合だけがシステムの容積の中に反射して戻される。光吸収層４は、発光源２からそれに入射する光と、発光源２とは逆の側の吸収層４に入射する光検出層５から反射された光との両方について、そこに入射する大部分の光を吸収する。両側から吸収層４によって吸収されるそのような大部分の光は、例えば、そこに入射する光の９０％、９５％もしくは９８％、又はさらにそれ以上であってもよい。
【００２９】
光吸収層４は、小部分の光３が拡散層２０へ、そして最終的に測定される光検出層へ通過してもよいピンホール９の密集したアレイを含んでもよい。したがって、囲い１のパネル６に入射する光は、この高密度のピンホールアレイ９によって空間的にサンプリングされる。
【００３０】
拡散層又は拡散プレート２０が光吸収層４と光検出層５との間に示され、その機能は図２に従ってより完全に記載されている。拡散層は、表面テクスチャリング、又はＰＴＦＥ（テフロン（登録商標））、又は硫酸バリウム塗料などの拡散材料を使用して実現してもよい。いくつかの先行技術のシステムとは異なり、光検出層５は、囲い箱の環境にさらされていないので、塵埃の蓄積及び損傷から保護されている。拡散層２０は、本質的に囲い壁６の全長に沿って延びているので、光検出層５は、箱１の外壁によって及び拡散層２０によって両側で本質的に完全に保護されている。
【００３１】
図２は、図１の壁の詳細を示し、ピンホール９を通り、壁を通る単一の光線３３を示している。拡散層２０は、発光源からの光の空間的にサンプリングされた部分である光線３３を拡散し、光検出器５への所定の分布において、拡散層２０への光線３３の元の入射角がシステムによって生成される測定に影響しないようにする。光検出器５５から反射された光線３１は、内側から吸収層４の黒色塗料に到達することが示され、そこで本質的に完全に吸収され、したがって測定を妨害することはない。光の拡散分布を受光した後、光検出器５はその受光した光の測定に使用された信号を発する。
【００３２】
図３は、本開示の代替の実施形態を示し、吸収プレートは、フォトダイオード４２のアレイを使用することによって実現されている。この実施形態は、本質的に、図１及び図２の吸収層、拡散層、及び光検出層の機能性を囲いの壁６内に単一の層に組み合わせている。吸収プレート４は、吸収プレートの小さな開口４１内に間隔を置いて分散されたフォトダイオード４２を含んでいる。小さな開口４１は、ピンホール機能を有し、それらは、層に入射する光を空間的にサンプリングする。図１〜図２の実施形態のように。吸収プレート４は、黒色つや消し塗料などの不透明で低反射率の材料の表面を有している。別々の拡散層の代わりに、各フォトダイオード４２は余弦補正拡散体４３を含んでいる。そのような余弦補正拡散体は、オパールガラス、ＰＴＦＥ、又は小さな気泡を含む溶融シリカなどの材料で構成してもよい。現在記載されている実施形態において使用されるであろう種類の小型パッケージのフォトダイオードについては、拡散体は、２から１０ｍｍのオーダーの直径及び１から３ｍｍの厚さを有するディスクの形態であってもよい。ディスクを周囲の表面から０．５から１ｍｍ上に上げると、一般に余弦補正が改善される。図３の実施形態をまとめると、ＤＵＴから放出された光は本質的にすべて吸収プレート４によって吸収されるか又はフォトダイオード４２の拡散体４１によって拡散され、その後に測定される。
【００３３】
本開示のなお別の代替の実施形態において、ピンホールアレイは、スクリーン印刷もしくはデジタル印刷、又はパネルに適用されたピンホールの印刷パターンを有するステッカーを使用して、太陽電池もしくは太陽電池パネルに直接に適用される。ピンホールアレイを有する吸収層が十分に薄いならば、ピンホールアレイの開口は余弦補正されているので、この実施形態では拡散層は不要である。
【００３４】
本開示のさらに別の実施形態では、ピンホールアレイの代わりに、黒インクのような均一吸収層が光検出層に塗布される。インク層の厚さは、例えば、光検出層の全領域にわたって厚さが３０μｍになるように制御され、インクは、限られた所定の反射率及び高い吸収率を有するように選択される。したがって、この均一層は、良好な余弦補正応答を有する所定の均一な透過率を有する。均一な透過率によって、光が光検出器を通ることが可能になる。そのような層は、例えば３０μｍｍのように非常に薄くてもよく、又は円錐形などの表面レリーフを有してもよく、又は別の拡散層を必要とせずに層に拡散特性を与える層に含浸された拡散粒子を有してもよい。
【００３５】
本開示の上記実施形態のいずれにおいても、光検出層は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの薄いポリマー層に堆積されたアモルファスシリコン太陽電池パネルなどの可撓性太陽電池パネルを使用することによって実現してもよい。これにより、様々な形状の様々な測定空洞を作成できる。
【００３６】
最も一般的な実施形態は、囲いのすべての壁に吸収層、拡散層、及び光検出層を有することであることが理解されるが、代替の実施形態は、囲いの壁の１つの実質的な部分にのみこれらの層を有してもよい。例えば、システムは、ＤＵＴに近く、対向して配置されてもよい測定囲いの底などに、単一の吸収プレートで構築することができる。この配置は、システムのこの実施を非常に簡単で、小型で軽量にする。あるいは、システムは、１つの壁に単一の吸収プレートと、ＤＵＴからの光を吸収プレートに反射するミラーとを有する箱として構築することができる。例えば、本開示の１つの効率的な配置は、単一の吸収プレートを囲いの底に配置し、ミラーを囲いの側壁に配置する。
【００３７】
以下の節では、上述の例示的なシステムのうちの１つからの入力を使用して、分光放射束及び全光束測定の数学的な導出を提示する。明確にするために、検出面の応答性は空間的に均一であり、照射角に敏感ではないと仮定する。また、分光計を使用してＤＵＴのスペクトルをサンプリングし、ＤＵＴのスペクトル成分はすべての方向で均一であると仮定する。次の節では、より現実的な分析について説明する。
【００３８】
光検出層によって生成される全電流Ｉは、次式によって与えられる。
【数１】
2019523422.tif 000003
ここで、Ｒ（λ）は［Ａ／Ｖ］による光検出層の応答性であり、そしてΦｅ（λ）は［Ｗ／ｎｍ］によるＤＵＴの分光放射束である。分光計は、次式によって与えられる正規化スペクトルＳ（λ）を測定する。
【数２】
2019523422.tif 000004
ここで、Φｅは［Ｗ］によるＤＵＴの全光束である。正規化は、次式のようにＳ（λ）をスケーリングすることによって達成される。
【数３】
2019523422.tif 000005
【００３９】
分光計を用いてＳ（λ）を測定した後、ＣＣＴ、ＣＲＩ、及び色度などの色品質パラメータを直接に計算することができるが、それは、これらがスペクトルプロファイルにのみ依存するからである
【００４０】
（２）を（１）に代入して収率を並べ替えると、次式が得られる。
【数４】
2019523422.tif 000006
【００４１】
再度（２）に代入すると、［Ｗ／ｎｍ］による分光放射束が得られる。
【数５】
2019523422.tif 000007
分光放射束Φｅ（λ）を得た後、ルーメン単位の全光束は、次式を使用して計算され、
【数６】
2019523422.tif 000008
ここで、Ｖ（λ）は人間の視覚感度関数又は明順応関数である。
【００４２】
先に述べたように、拡散プレートを使用すると、光検出層の応答性の照射角に対する角度依存性は低くなり、測定精度が向上する。図４は、本開示のシステムの光検出層の白色ＬＥＤ光に対する照射角の関数Ｋ（θ）としての応答性を拡散層がある場合とない場合について示す例示的なグラフである。理想的には、Ｋ（θ）は１に等しくなければならず、それは、光検出層の応答性がその上に入射する光の照射角によって変化しないことを示す。グラフに見られるであろうように、４０度の入射角を超えると、この点において拡散層を有する本開示の壁構造の顕著な利益がある。また、箱の長方形の形状は、光が囲いの壁に非常に高い角度で到達することを防いでいる。本開示の代替の実施形態では、拡散層は、フォトダイオードの拡散部分などの光検出層内に組み込まれてもよく、含浸された粒子を有するなど吸収層内に組み込まれてもよいことを理解されたい。これらの代替の実施形態の壁構造の拡散特性は、光検出層の応答性に対する角度依存性の低減に同様の利益を提供する。
【００４３】
図５は、図１〜図２の例示的システムと、測定精度についての光検出層の入射角の関数Ｋ（θ）としての正規化された応答の影響を分析する数学的シミュレーションとを示している。
【００４４】
このモデルでは、ＬＥＤ照明器具６０は囲いの開口部の上方に配置されている。照明器具面は面積要素ｄＡＳに分割され、検出面は面積要素ｄＡＲに分割されている。すべてのｄＡＳ及びｄＡＲについて、対象となる立体角ｄΩ及び照明器具の輝度Ｌに基づいて、ｄＡＲに入射する光束要素ｄΦｖが計算される。
【００４５】
光検出層への全入射光束は次式で与えられ、
【数７】
2019523422.tif 000009
光検出層の全検出フラックスは次式で与えられる。
【数８】
2019523422.tif 000010
【００４６】
異なる照明器具のサイズと照射ビーム角度とについてのΦｖとΦ’ｖと間の比の相違は、非理想的なＫ（θ）の不確定な寄与になる。照明器具のサイズとビーム角と増加するにつれて、より多くの光線が高い傾斜角（より大きな入射角）でパネルに当たり、Ｋ（θ）の影響はより顕著になる。したがって、Ｋ（θ）をできるだけ１に近く保つために拡散プレートを使用することが望ましい。先に図４に示したように、この開示の例示的なシステムは、４０度より小さい角度に対して１に非常に近いＫ（θ）を有し、４０度と７０度の間の角度について完全正規化応答の０．０５以内である。
【００４７】
ここで以下の表１を参照すると、ここに開示されたシステムの照射角感度Ｋ（θ）による誤差は、小さくて狭いビームＤＵＴについての−１．２％と大きくて広いビームＤＵＴについての−６．３％との間の範囲にあることを示している。システムが８０°半値幅ビーム角で較正規格を使用して較正されていると、誤差は±２．６％に変わる。
【００４８】
以下の表は、６４０ｍｍ（長さ）×４８０ｍｍ（幅）×１６０ｍｍ（高さ）の囲いを使用した異なる照明器具サイズ及びビーム角についての例示的な太陽電池パネルの角度応答による光電流の減少を示す表である。
【００４９】
【表１】
2019523422.tif 000011
【００５０】
また、これは系統的かつ予測可能な誤差であるため、本開示の新規な方法では、測定している照明器具のサイズ及びビーム角に基づいて補正係数を適用することができる。この補正の一例を以下の表１に示すが、表１は異なる照明器具のサイズ及びビーム角についての太陽電池パネルの角度応答による光電流の減少を示している。例えば、７０×５０ｍｍの照明器具サイズと２０度の半値幅角度の場合、−１．２％の補正係数を全光束の計算に適用するべきである。吸収体のアレイ内の個々の太陽電池又はフォトダイオードの電流を測定することによって、ＤＵＴからの光の角度分布に関する情報を得ることができる。例えば以下の表に示すように、様々なＤＵＴサイズとビーム角に対するシステムの応答をモデル化することで、補正係数を適用することができる。ＤＵＴサイズ及びビーム角を受け取ると、これらの補正係数を自動的に適用するシステムを制御するソフトウェアがあってもよい。
【００５１】
囲いの内壁の吸収層によって覆われてもよい光検出層５に加えて、図５に示された実施形態は、囲いの底に配置された他のセンサによって実施される追加の特徴を含んでいる。上述のように、分光放射束Φｅ（λ）を計算するために光を分光計６１に送るファイバ光センサ５０を組み込んでもよい。さらに、フォトダイオード５１も囲いの底に組み込んでもよい。このフォトダイオードは、ＤＵＴのフリッカとして知られているＤＵＴ６０の照明強度の急速な時間変化を測定するために使用してもよい。発光源が規格に従うようにするために、フリッカモニタ６２を使用してこの測定をしてもよい。さらに、統合された温度センサ（図示せず）がシステム内の温度を監視し、囲い６３の壁のファンを制御してシステム内の所望の温度を維持する。このようにして、システムは、分光放射束［Ｗ／ｎｍ］、全光束［内腔］、ＣＣＴやＣＲＩなどの色パラメータ、フリッカを測定することができる。
【００５２】
図６は、可変密度フィルタ６０を使用する本開示の実施を示している。このような可変密度フィルタは、光検出層５の角度依存吸収の問題を排除するための手段として、拡散層の代わりとして使用することができる。光検出器の角度依存吸収は、各ピンホール９に対向する透明ではあるが拡散的ではないプレート２０の裏側に可変密度フィルタ６０を適用することによって等しくすることができる。したがって、各ピンホール９は、「ピンホールカメラ」効果を生み出し、照明の角度を位置に変換する。可変密度フィルタ６０は、その中心において最高レベルの吸収を有し、その中心から離れるにつれて次第に低い密度及び低いレベルの吸収を有している。ピンホール９は、ピンホール９を通るすべての角度の光がピンホール開口部の単一の点を通るように十分に小さい。したがって、フィルタ６０の適切な密度は、この単一の点を通る光の各可能な角度の光束の予想される量に基づいて決定することができる。
【００５３】
この実施形態を説明すると、通常は可変密度フィルタなしでピンホール９を通る一定の光束を有する光線３０は、光検出器５の表面に所定の光束密度を有することになるであろう。他方、光線３０と同じ光束を有し、法線に対して角度６１（図６では約３５度）で入射する光線３１は、そこに入射する角度のために光検出器の光照射面で光束密度が減少し、したがって光検出層によって光束が低いかのように検出されることになる。可変密度フィルタ６０は、より大きい入射角で入射する光線３１よりも垂直に入射する光線３０を減衰させることによってこの効果を補償し、それによって光検出層によって測定された照度を均一化する。フィルタの減衰の空間的プロファイルは、フィルタを通る透過率の角度依存性及び太陽電池の角度応答性を補償するように計算されるべきである。これは、図６に示す例では、均一な吸光度を有するが所望の空間的補償を達成するように調整された厚さプロファイルを有する吸収体を使用することによって行われる。代わりに、可変密度フィルタは、プレートの幅にわたって空間的に段階的な吸光度を有する材料による材料の平行プレートを使用することによって実装され得る。
【００５４】
スペクトルが囲いの底の単一の位置でサンプリングされる図５の単一のファイバ光センサ５０の実施の代替として、より正確なスペクトル測定のために多分岐ファイバ光センサを使用してもよい。光源の分光放射束がすべての方向で同じであれば、測定スペクトルと平均スペクトルは同じであるが、これは現実的な場合ではない。スペクトルの均一性は、色測定精度と全光束測定精度の両方に影響する。この不確定は、式（１）〜（５）を用いて評価される。例えば、スペクトルが異なる実際の照明器具には、ＣＣＴで約＋１５°Ｋ、全光束で＋２％の不確かさを示すものがある。しかしながら、多分岐ファイバセンサを使用することによって、囲いの表面のいくつかの位置から光のスペクトルを収集することができ、このサンプリングされたデータ全体を照明のスペクトルの空間平均サンプルとして分光計６１に送ることができる。
【００５５】
大部分の従来技術の積分球システムでは、ＤＵＴの自己吸収は測定に大きな影響を及ぼす。これは、ＤＵＴが球の平均反射率を変化させるため、球のスループットに大きく影響するためである。この効果を計算することは、球の内側で発生する無限の数の反射のために実際的ではなく、それはあらゆるＤＵＴに対して較正されなければならない。
【００５６】
対照的に、本開示のシステムでは、図１及び図２に見られる黒いピンホールアレイの反射率は非常に低く、例えば４％である。この例は、ＤＵＴの光束の４％以下がＤＵＴに向かって反射して戻ることを意味している。大型の反射型ＤＵＴはこの光を囲いに反射して戻すことがあるが、小型又は無反射のＤＵＴはほとんど反射しない。その結果、測定範囲へのＤＵＴの影響は、たとえば０％と４％との間にある。この例では、単一の反射のみが考慮されているが、それは、次の反射は無視できるレベルまで減衰することになるからである（４％の４％＝０．１６％）。
【００５７】
また、本開示の例示的方法では、囲いの壁の異なる位置にＬＥＤを配置してもよく、ＤＵＴの影響を測定することが可能になる。ＬＥＤは外側を向いており、ＤＵＴを取り外した状態でこれらのＬＥＤを光源として使用し、次にＤＵＴをシステムに配置した状態で測定を行い、これらの測定の両方の間でＤＵＴはオフである。２つの測定値の違いはＤＵＴの反射によるものであり、システム測定に対するＤＵＴの反射率の影響を計算するために使用できる。
【００５８】
本開示の以下の補正方法は、光吸収層のこの小さな反射率及びその効果を軽減するために適用することができる。
（ａ）誤差を０％−４％から±２％に変えるために初期較正に固定の２％を加えてもよい。
（ｂ）照明器具の表面のサイズ及び色調に基づいて現象論的補正を適用してもよい。
（ｃ）自動反射補正のために光源をシステムに追加してもよい。光源は、ＤＵＴが存在しても存在しなくても起動されてもよい。これら２つの場合に測定された信号は、ＤＵＴからの反射を決定するために使用することができ、ＤＵＴの測定を補正するために使用することができる。例えば、測定が行われる直前に、囲いの底にあるＬＥＤが点滅してＤＵＴの反射率を測定してもよい。
【００５９】
前の小区分で説明した不確定は、以下の表２にまとめられている。表２は、不確定要因及び各要因の不確定の割合を、補正係数がある場合とない場合について、合計の割合を含めて示している。不確定、及び補正された不確定は、各不確定の要因ごとに表示されている。系統誤差があるため、幾何学的（ｒｍｓ）ではなく、算術的に合計さている。結果として生じる合計の不確定は、例えば７．８％である。しかしながら、前述のように様々な補正係数を適用することによって、例えば４．３％という低い合計の不確定に達することができる。
【００６０】
【表２】
2019523422.tif 000012
【００６１】
初期の全光束較正は、ＮＩＳＴ規格などの絶対校正である。
【００６２】
光源が熱平衡に達するまで、光源が加熱されるにつれて光源の光出力が変化することが知られている。ＤＵＴが光学的測定を実行するために熱平衡に達するまで待つことは、測定を実行するのにかかる時間に関して非効率的であることがある。したがって、ＤＵＴがオンになった直後に光学測定を実行でき、その測定に基づいて、ＤＵＴが熱平衡に達した後で確実に光出力を予測できることが有益である。本開示の新規の例示的な方法では、システムソフトウェアは、長期間、例えば数時間又は数日間にわたって測定を行い、収集された情報に基づいて、ソフトウェアは、ＤＵＴがオンにされた直後の自動的に測定の最適なタイミング、ＤＵＴが熱平衡に達した後の測定と光出力の関係、及びこの予測の信頼度を決定する。本開示のシステムに組み込まれた高速フォトダイオードは、ＤＵＴがオンにされたときに自動的に検出し、したがって、例えば、測定が自動的にＤＵＴをオンにしてから制御された遅延時間で開始されるように、測定の前に求められる遅延を正確かつ制御された方法で適用するために使用され得る。
【００６３】
囲いの最も一般的な実施形態は図１に示すように長方形の箱であることが理解されるが、本開示の代替の実施形態は、正方形又は三角形などの異なる形状の囲いを有してもよい。前述のように、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）の薄層に堆積されたアモルファスシリコン太陽電池パネルなどの可撓性太陽電池パネルの使用は、異なる形状を有する様々な測定空洞の作成を可能にする。さらに、いくつかの測定空洞は、発光源２が取り付けられるか又は吊り下げられる屋根を有するように完全に囲まれてもよい。本開示の一実施形態では、透明プレートが、ＤＵＴ２を支持するシステムの開口部を覆って配置され、拡散体とピンホールとの両方の機能を果たしている。そのような配置は、囲いの屋根又は開口部に向かって後方に放出する光源にとって有用である。
【００６４】
当業者に理解されるように、本発明は、上に具体的に示して説明したものに限定されない。むしろ本発明の範囲は、本明細書に記載した様々な特徴とともに、上記の記載を読めば当業者に想起されるであろう先行技術にはない変形及び修正の組み合わせ及び部分的な組み合わせの両方を含んでいる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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